異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)中的垂直切換機(jī)制研究*

陶　洋，赫前進(jìn)

1.重慶郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶4000652.重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，重慶400065

ISSN 1673-9418 CODEN JKYTA8

Journal of Frontiers of Computer Science and Technology

1673-9418/2016/10(04)-0504-12

E-mail: fcst@vip.163.com

http://www.ceaj.org

Tel: +86-10-89056056

* The Chongqing“121”Science and Technology Foundation under Grant No. 2012jcsf-jfzhX0004 (重慶市“121”科技支撐示范工程).

Received 2015-06,Accepted 2015-08.

CNKI網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版: 2015-08-31, http://www.cnki.net/kcms/detail/11.5602.TP.20150831.1339.002.html

Research on Vertical Handoff Mechanism in Heterogeneous Convergence Networks?

TAO Yang1,2, HE Qianjin1+1. College of Computer Science and Technology, Chongqing University of Posts and Telecommunication, Chongqing 400065, China2. College of Communication and Information Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunication, Chongqing 400065, China

+ Corresponding author: E-mail: 751810376@qq.com

TAO Yang, HE Qianjin. Research on vertical handoff mechanism in heterogeneous convergence networks. Journal of Frontiers of Computer Science and Technology, 2016, 10(4)：504-515.

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異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)中的垂直切換機(jī)制研究*

陶洋1,2，赫前進(jìn)1+

1.重慶郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，重慶400065
2.重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，重慶400065

ISSN 1673-9418 CODEN JKYTA8

Journal of Frontiers of Computer Science and Technology

1673-9418/2016/10(04)-0504-12

E-mail: fcst@vip.163.com

http://www.ceaj.org

Tel: +86-10-89056056

* The Chongqing“121”Science and Technology Foundation under Grant No. 2012jcsf-jfzhX0004 (重慶市“121”科技支撐示范工程).

Received 2015-06,Accepted 2015-08.

CNKI網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版: 2015-08-31, http://www.cnki.net/kcms/detail/11.5602.TP.20150831.1339.002.html

Research on Vertical Handoff Mechanism in Heterogeneous Convergence Networks?

TAO Yang1,2, HE Qianjin1+
1. College of Computer Science and Technology, Chongqing University of Posts and Telecommunication, Chongqing 400065, China
2. College of Communication and Information Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunication, Chongqing 400065, China

+ Corresponding author: E-mail: 751810376@qq.com

TAO Yang, HE Qianjin. Research on vertical handoff mechanism in heterogeneous convergence networks. Journal of Frontiers of Computer Science and Technology, 2016, 10(4)：504-515.

摘要：針對(duì)移動(dòng)終端有限的電量以及現(xiàn)有垂直切換機(jī)制往往忽略終端電能因素，提出了基于終端能耗的垂直切換機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)階段，提出一種自適應(yīng)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)接口激活時(shí)間間隔的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)策略。切換判決階段，對(duì)采樣點(diǎn)進(jìn)行預(yù)判決，減少進(jìn)入后續(xù)模塊的采樣點(diǎn)；為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的模糊邏輯處理方法；實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)引入權(quán)重因子完成切換判決，非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)通過(guò)差值門(mén)限算法進(jìn)行切換判決。仿真結(jié)果顯示，相比傳統(tǒng)策略，該機(jī)制在網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)階段能夠降低網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)時(shí)間，減少網(wǎng)絡(luò)接口激活次數(shù)；在切換判決階段能夠降低掉話率，減少網(wǎng)絡(luò)切換次數(shù)以及乒乓效應(yīng)發(fā)生次數(shù)，具有有效性。

關(guān)鍵詞：垂直切換；終端能耗；網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)策略；模糊邏輯

1　引言

隨著信息通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對(duì)移動(dòng)通信的需求越來(lái)越大，為了滿足不同業(yè)務(wù)和用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的不同要求，涌現(xiàn)出一大批各具特色的無(wú)線接入技術(shù)，主要包括：無(wú)線局域網(wǎng)、無(wú)線廣域網(wǎng)、無(wú)線城域網(wǎng)、無(wú)線個(gè)域網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、自組織網(wǎng)絡(luò)及無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)等[1]。要實(shí)現(xiàn)終端在不同網(wǎng)絡(luò)間的無(wú)縫漫游，使得用戶感知不到接入網(wǎng)絡(luò)的變化，只有依靠異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)間的融合即異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)[2]。在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合環(huán)境下，為了充分利用各種網(wǎng)絡(luò)資源，各類移動(dòng)終端（mobile terminal，MT）往往配置了多個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口，使得MT能夠接入不同的網(wǎng)絡(luò)。那么終端移動(dòng)過(guò)程中發(fā)生的切換不是傳統(tǒng)的同種接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不同基站間的水平切換，而是跨越不同接入網(wǎng)絡(luò)或者不同運(yùn)營(yíng)商的垂直切換[3]。垂直切換是實(shí)現(xiàn)MT在網(wǎng)絡(luò)間無(wú)縫漫游的基礎(chǔ)，是今后移動(dòng)性管理中主要的研究方向。

在下一代開(kāi)放式的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)環(huán)境下，如何實(shí)現(xiàn)異構(gòu)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)間可靠的移動(dòng)通信，光靠網(wǎng)絡(luò)硬件方面的升級(jí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要對(duì)中間件進(jìn)行設(shè)置或者利用多模終端。擁有多個(gè)無(wú)線接口的多模終端能夠訪問(wèn)不同的網(wǎng)絡(luò)。實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單是該融合方案的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)不足的是硬件多接口造成額外的開(kāi)銷，導(dǎo)致成本偏高。文獻(xiàn)[4]描述了一種互操作體系架構(gòu)，它是基于無(wú)線局域網(wǎng)（wireless local area network，WLAN）和無(wú)線廣域網(wǎng)（wireless wide area network，WMAN）兩種無(wú)線接入技術(shù)的融合架構(gòu)，通過(guò)模擬互操作場(chǎng)景來(lái)研究網(wǎng)絡(luò)性能和用戶業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量（quality of service，QoS）保障問(wèn)題。目前，不同無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的融合技術(shù)中的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)之一是如何在有效利用網(wǎng)絡(luò)資源，充分考慮業(yè)務(wù)需求的情況下，幫助多模MT自適應(yīng)切換至最適合網(wǎng)絡(luò)即是垂直切換技術(shù)。垂直切換的設(shè)計(jì)問(wèn)題往往是多屬性決策（multiple attribute decision making，MADM）問(wèn)題[5]，判決因素是多樣性的，包括了穩(wěn)定性、安全性、資費(fèi)和QoS參數(shù)等。文獻(xiàn)[6]對(duì)幾種常見(jiàn)的MADM算法進(jìn)行了分析研究，并對(duì)MADM算法的可靠性進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。然而在實(shí)際選網(wǎng)過(guò)程中，有一些判決因素?zé)o法用確定數(shù)值表示，比如用戶滿意程度[好，中，差]和資費(fèi)[高，中，低]等，MADM算法尚不能處理此類問(wèn)題。文獻(xiàn)[7]提出了一種基于模糊邏輯控制的網(wǎng)絡(luò)選擇切換方法，通過(guò)模糊邏輯規(guī)則與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)關(guān)系來(lái)適應(yīng)用戶環(huán)境與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化，但是當(dāng)輸入?yún)⒘吭黾樱评硪?guī)則條目增多時(shí)，算法計(jì)算量會(huì)變得非常龐大。文獻(xiàn)[8]提出用不同的效用值對(duì)接收信號(hào)強(qiáng)度（received signal strength，RSS）、網(wǎng)絡(luò)帶寬、資費(fèi)等進(jìn)行替代，依據(jù)計(jì)算得出的網(wǎng)絡(luò)效用值來(lái)判決目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切換。

國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的垂直切換判決算法目前還沒(méi)有出現(xiàn)完善的解決方案，尚不能適應(yīng)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)完美融合的要求，比如基于多屬性判決及基于效用函數(shù)的算法考慮的判決指標(biāo)往往僅包括接收信號(hào)強(qiáng)度、時(shí)延抖動(dòng)、可用帶寬、資費(fèi)等，并未注意到MT移動(dòng)性的影響。對(duì)MT速度、網(wǎng)絡(luò)覆蓋半徑等移動(dòng)性因素的欠考慮往往會(huì)造成判決結(jié)果不理想。比如把移動(dòng)速度較高的MT切換至WLAN網(wǎng)絡(luò)中，MT會(huì)很快移出WLAN，從而造成頻繁切換，引起不必要的“乒乓效應(yīng)”，未能合理利用網(wǎng)絡(luò)資源，也降低了用戶的滿意度。因此對(duì)于垂直切換判決算法的合理設(shè)計(jì)還有待進(jìn)一步的研究。

2　終端能耗分析

本文忽略不同終端部件設(shè)計(jì)工藝以及業(yè)務(wù)類型所帶來(lái)的電能消耗的區(qū)別，從垂直切換過(guò)程入手，分析移動(dòng)終端因垂直切換機(jī)制的運(yùn)行所帶來(lái)的能耗，從而實(shí)現(xiàn)在保證業(yè)務(wù)QoS需求的前提下盡可能地減少終端電量消耗，有效地平衡切換性能與終端能耗的關(guān)系。垂直切換過(guò)程的3個(gè)階段分別是網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)階段、切換判決階段和切換執(zhí)行階段[9]。首先網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)階段涉及的能耗包括背景能耗和信令能耗；其次切換判決階段需要考慮背景能耗、信令能耗和數(shù)據(jù)能耗[10]，此外該階段涉及的能耗還包括終端運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)選擇算法對(duì)幾個(gè)可用的候選網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行衡量比較時(shí)產(chǎn)生的判決能耗等；最后切換執(zhí)行階段同樣涉及背景能耗和信令能耗，同時(shí)終端在選定目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)之后從當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)切換至目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)也會(huì)產(chǎn)生切換能耗等。本文所提垂直切換機(jī)制從上述能耗入手，在保障垂直切換性能以及保證業(yè)務(wù)QoS需求的前提下盡量減少不必要的能耗，以期達(dá)到切換性能與終端能耗的合理平衡。

3　網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)策略

本文設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)策略，并且綜合考慮了網(wǎng)絡(luò)側(cè)、終端側(cè)和用戶側(cè)三方面的因素。首先結(jié)合網(wǎng)絡(luò)側(cè)的接收信號(hào)強(qiáng)度、終端側(cè)的移動(dòng)速度設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)接口開(kāi)啟間隔公式，動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)接口開(kāi)啟時(shí)間間隔，力爭(zhēng)以最小的能耗來(lái)及時(shí)地發(fā)現(xiàn)可用網(wǎng)絡(luò)。然后為了避免乒乓效應(yīng)，減少頻繁切換帶來(lái)的無(wú)謂的電能損耗。本策略引入閥值計(jì)數(shù)器來(lái)記錄RSS連續(xù)大于RSSth的次數(shù)，只有大于預(yù)定義的閥值M才能被加入候選網(wǎng)絡(luò)列表，并且該網(wǎng)絡(luò)接口保持激活狀態(tài)，為后續(xù)切換判決實(shí)時(shí)收集網(wǎng)絡(luò)參數(shù)信息。充分尊重用戶側(cè)需求，如果用戶有偏好的網(wǎng)絡(luò)，也可將M值設(shè)置得小一點(diǎn)，方便該網(wǎng)絡(luò)能夠較快地進(jìn)入候選網(wǎng)絡(luò)列表。

3.1網(wǎng)絡(luò)接口激活間隔公式

如圖1所示，網(wǎng)絡(luò)接口有兩種狀態(tài)：激活狀態(tài)以及休眠關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)接口處于激活狀態(tài)時(shí)就會(huì)探測(cè)周?chē)W(wǎng)絡(luò)環(huán)境接收QoS參數(shù)信息，之后進(jìn)入休眠狀態(tài)。激活狀態(tài)持續(xù)時(shí)間因網(wǎng)絡(luò)特性及終端性能而異，不對(duì)其進(jìn)行深入研究。本文所提網(wǎng)絡(luò)接口激活間隔時(shí)間可以理解為休眠狀態(tài)持續(xù)時(shí)間，休眠狀態(tài)持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，相同時(shí)間段內(nèi)消耗的終端電能也就越少。需要強(qiáng)調(diào)的是當(dāng)前提供服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)接口是始終處于激活狀態(tài)的。

Fig.1 State of network interface圖1　網(wǎng)絡(luò)接口狀態(tài)示意圖

RSS是表征無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈路情況的重要指標(biāo)。接收端信噪比（signal-noise ratio，SNR）、信號(hào)干擾噪聲功率比（signal-noise interference ratio，SINR）等網(wǎng)絡(luò)參數(shù)同RSS直接關(guān)聯(lián)，考慮RSS一個(gè)參數(shù)就綜合包含了這幾個(gè)參數(shù)[11]。

無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)對(duì)終端的移動(dòng)性支持能力是有限的，當(dāng)MT的移動(dòng)速度超過(guò)網(wǎng)絡(luò)所能接受的最大限度時(shí)，即使RSS再?gòu)?qiáng)也無(wú)法向終端提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。如果僅僅根據(jù)RSS來(lái)調(diào)整激活時(shí)間間隔很可能會(huì)不斷減小間隔時(shí)間，增加激活次數(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，這樣就使得接口無(wú)謂地激活，從而造成不必要的背景能耗和信令能耗。根據(jù)不同的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特性，綜合考慮接收信號(hào)強(qiáng)度和終端移動(dòng)速度，設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)接口激活間隔公式如下：

式中，T表示網(wǎng)絡(luò)接口激活的時(shí)間間隔；Tmax和Tmin分別是激活間隔的上限和下限；RSSth表示加入候選網(wǎng)絡(luò)列表的最低RSS要求；Vmax表示網(wǎng)絡(luò)所能支持的終端最大移動(dòng)速度。

3.2網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)流程

在網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)階段，當(dāng)終端速度V大于該網(wǎng)絡(luò)所能支持的最大移動(dòng)速度Vmax時(shí)，網(wǎng)絡(luò)接口始終保持休眠狀態(tài)，激活間隔時(shí)間T=∞，減少無(wú)謂的能耗。一旦檢測(cè)到V≤Vmax，初始化閥值計(jì)數(shù)器n為0，T調(diào)整為間隔時(shí)間上限Tmax，激活網(wǎng)絡(luò)接口；如果檢測(cè)到該網(wǎng)絡(luò)接收信號(hào)強(qiáng)度RSS大于接收信號(hào)強(qiáng)度門(mén)限RSSth，閥值計(jì)數(shù)器n加1，同時(shí)T設(shè)置為最小值Tmin，否則閥值計(jì)數(shù)器n歸0，激活間隔時(shí)間T按照式（1）進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)閥值計(jì)數(shù)器n累加到大于預(yù)定閥值M時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)加入候選網(wǎng)絡(luò)列表，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)接口保持激活狀態(tài)，為后續(xù)切換判決實(shí)時(shí)收集網(wǎng)絡(luò)參數(shù)信息。網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)策略流程如圖2所示。

Fig.2 Flow chart of network discovery strategy圖2　網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)策略流程圖

4　基于模糊邏輯的切換判決

本算法模型具有通用性，可以適用于各種網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，本文考慮到算法的普適性選擇了目前應(yīng)用最廣泛的兩種網(wǎng)絡(luò)，即通用移動(dòng)系統(tǒng)（universal mobile telecommunications system，UMTS）和IEEE802·11b WLAN來(lái)對(duì)模型進(jìn)行研究。判決算法模型如圖3所示。

Fig.3 Mode of judgment algorithm圖3　判決算法模型圖

本垂直切換算法模型由三部分組成：預(yù)判決模塊、模糊邏輯處理模塊和切換判決模塊。首先預(yù)判決模塊根據(jù)系統(tǒng)提取的部分網(wǎng)絡(luò)及終端的參量信息，包括終端速度、終端電量以及網(wǎng)絡(luò)接收信號(hào)強(qiáng)度，做出預(yù)判決，能夠通過(guò)該模塊得到判決結(jié)果的直接進(jìn)行切換，而無(wú)需進(jìn)入后續(xù)的模糊邏輯處理模塊，有效減少了系統(tǒng)的計(jì)算量，節(jié)省了終端能耗，沒(méi)能直接得到判決結(jié)果的則需要由模糊邏輯處理模塊來(lái)進(jìn)一步處理。然后模糊邏輯處理模塊輸入?yún)?shù)，包括RSS、帶寬、延遲和用戶偏好度，對(duì)于實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)有著相應(yīng)的模糊處理方法。最后切換判決模塊根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求采用差異化的判決方法，最終得出判決結(jié)果。

4.1預(yù)判決模塊

預(yù)判決模塊是垂直切換判決算法的輔助模塊，根據(jù)設(shè)定的相應(yīng)預(yù)判決條件對(duì)采樣點(diǎn)參量進(jìn)行比較，符合條件的采樣點(diǎn)無(wú)需進(jìn)入后續(xù)模糊處理模塊，直接完成切換判決工作。這樣可以大大減少后續(xù)模塊需要處理的信息量，減小系統(tǒng)開(kāi)銷，從而節(jié)約了終端能耗。同時(shí)本模塊充分考慮移動(dòng)終端電能狀態(tài)，引入當(dāng)前剩余電量預(yù)判決條件，根據(jù)剩余電能狀況對(duì)預(yù)判決策略進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以進(jìn)一步節(jié)省MT當(dāng)前有限的電能。預(yù)判決流程圖如圖4所示。

UMTS網(wǎng)絡(luò)和WLAN網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前現(xiàn)實(shí)環(huán)境中使用最為廣泛的商用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，同時(shí)支持兩者的移動(dòng)終端種類也最為繁多，因此在UMTS與WLAN組成的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下研究垂直切換具有較大的代表性和借鑒性。由于UMTS網(wǎng)絡(luò)屬于廣域覆蓋網(wǎng)絡(luò)且支持終端高速移動(dòng)，而WLAN網(wǎng)絡(luò)屬于熱點(diǎn)覆蓋網(wǎng)絡(luò)，僅支持終端中低速移動(dòng)。設(shè)定UMTS在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)全覆蓋，WLAN存在于UMTS覆蓋范圍內(nèi)。當(dāng)MT移動(dòng)速度V大于WLAN網(wǎng)絡(luò)所能支持的最大移動(dòng)速度Vwmax時(shí)，為了滿足業(yè)務(wù)QoS需求應(yīng)選擇UMTS網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)V≤Vwmax時(shí)就需要依據(jù)終端電量使用情況做出相應(yīng)的判決。P表示MT當(dāng)前剩余電量與總電量的比值，Pt為P的下限。當(dāng)V≤Vwmax且P>Pt時(shí)，終端可用電量相對(duì)比較充足，可以充分選擇性能更優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)，如果當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)接收信號(hào)強(qiáng)度RSSc大于該網(wǎng)絡(luò)門(mén)限值RSSt，則進(jìn)入后續(xù)模糊邏輯處理及切換判決，如果RSSc≤RSSt則切換至候選網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)V≤Vwmax且P≤Pt時(shí)，終端可用電能進(jìn)入不足狀態(tài)，此時(shí)電能成為切換判決需考慮的重要因素，在滿足基本QoS需求的前提下應(yīng)選擇數(shù)據(jù)能耗較小的網(wǎng)絡(luò)，并且盡可能地減少切換次數(shù)。首先判斷當(dāng)前運(yùn)行業(yè)務(wù)是否是實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，如果是實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，那么選擇具有低時(shí)延特性的UMTS網(wǎng)絡(luò)；如果不是，正如本文所述，WLAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)能耗要低于UMTS網(wǎng)絡(luò)[12]，同時(shí)其數(shù)據(jù)傳輸速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于UMTS且服務(wù)資費(fèi)也便宜，在WLAN網(wǎng)絡(luò)的接收信號(hào)強(qiáng)度RSSw大于門(mén)限值RSSwt的情況下選擇WLAN網(wǎng)絡(luò)，否則始終接入覆蓋范圍廣的UMTS網(wǎng)絡(luò)，避免反復(fù)切換。

4.2模糊邏輯處理模塊

模糊邏輯是在美國(guó)伯克利加州大學(xué)的Zadeh教授于1965年提出的模糊集合理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上衍生的，現(xiàn)實(shí)研究中往往存在很多問(wèn)題難以用準(zhǔn)確語(yǔ)言或模型來(lái)描述，模糊邏輯對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行模糊描述，解決經(jīng)典的二值邏輯不能對(duì)變量做出準(zhǔn)確定義的問(wèn)題[13]。

模糊邏輯控制系統(tǒng)將控制過(guò)程需要考慮的因素作為控制系統(tǒng)的輸入變量，首先是模糊化模塊，根據(jù)相應(yīng)的隸屬度函數(shù)完成對(duì)參數(shù)的模糊化工作；然后是模糊推理模塊，根據(jù)提前設(shè)定的模糊規(guī)則庫(kù)完成模糊推理工作，模糊規(guī)則庫(kù)是模糊控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，模糊規(guī)則通常采用“If…then…”語(yǔ)句的形式，規(guī)則數(shù)量由輸入變量個(gè)數(shù)和模糊子集數(shù)決定；最后是解模糊化模塊，把模糊推理得到的模糊結(jié)果進(jìn)行解模糊，從而得到一個(gè)確切的定量值。模糊邏輯控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

垂直切換判決過(guò)程通常是多屬性決策過(guò)程，為了選擇性能最優(yōu)最滿足用戶QoS需求的網(wǎng)絡(luò)往往需要綜合考慮網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)特征參量。本文基于模糊控制的垂直切換算法選擇以下幾個(gè)判決指標(biāo)作為模糊邏輯控制系統(tǒng)的輸入變量：

（1）接收信號(hào)強(qiáng)度（RSS）。

Fig.4 Preliminary judgment module圖4　預(yù)判決模塊示意圖

Fig.5 Control system of fuzzy logic圖5　模糊邏輯控制系統(tǒng)

（2）可用帶寬（available bandwidth）。

（3）時(shí)延（delay）。

（4）用戶偏好度（user preference），該指標(biāo)充分考慮用戶個(gè)性化需求，根據(jù)用戶對(duì)某網(wǎng)絡(luò)的偏好設(shè)置，如用戶設(shè)備電量低時(shí)，用戶可以傾向于使用耗電量低的網(wǎng)絡(luò)以延長(zhǎng)用戶設(shè)備的使用時(shí)間。取值范圍從0到10，數(shù)值越大表示用戶對(duì)某網(wǎng)絡(luò)越偏好。

考慮到模糊邏輯的算法復(fù)雜性，如果輸入?yún)⒘窟^(guò)多會(huì)造成很大的系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)量，影響切換的及時(shí)性，故選擇這4個(gè)影響網(wǎng)絡(luò)選擇的重要指標(biāo)輸入模糊邏輯處理模塊。

4.2.1非實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)

（1）輸入變量的模糊化

（2）模糊推理

模糊推理的依據(jù)就是模糊規(guī)則庫(kù)，模糊規(guī)則是模糊邏輯控制系統(tǒng)中最重要的組成部分。模糊規(guī)則一般采用“If…then…”語(yǔ)句形式。本文共有4個(gè)輸入?yún)⒘浚：蛹譃椤暗汀?、“中”、“高?檔，那么模糊規(guī)則最多有34條。在模糊邏輯控制系統(tǒng)中，需要提前對(duì)所有規(guī)則進(jìn)行定義，然后把規(guī)則存儲(chǔ)到模糊規(guī)則庫(kù)當(dāng)中，輸入語(yǔ)言變量利用模糊推理算法得到推理結(jié)果。本文采用Mamdani模糊推理算法，模糊規(guī)則輸出的是關(guān)于各網(wǎng)絡(luò)得分的語(yǔ)言變量的模糊值。本文設(shè)定的模糊推理輸出的模糊子集也分為3檔，即then語(yǔ)句的值，可表示為{低（Low），中（Medium），高（High）}。比如If RSS is High and Bandwidth is High and Delay is Low and User Preference is High Then the score is High，表示如果接收信號(hào)強(qiáng)度高，帶寬高，時(shí)延低，用戶偏好度高，那么網(wǎng)絡(luò)得分就高。本系統(tǒng)共有81條模糊規(guī)則，表1列舉了部分模糊規(guī)則示例。

式中，n表示候選網(wǎng)絡(luò)UMTS或WLAN；i表示輸入變量RSS、B、D、UP；x表示輸入變量值。

假設(shè)，如圖6（a）中所示的S1為某網(wǎng)絡(luò)n的RSS

Fig.6 Membership functions圖6　隸屬度函數(shù)

Table 1 Examples of fuzzy rules表1　模糊規(guī)則示例

（3）解模糊化

經(jīng)過(guò)模糊推理得出的一個(gè)結(jié)果仍然是一個(gè)模糊量，只是最終網(wǎng)絡(luò)得分值是關(guān)于模糊子集的隸屬度，故需要進(jìn)行解模糊化來(lái)得到精確值。目前，解模糊化的方法主要有重心法（質(zhì)心法）、最大隸屬度法（高度法）及加權(quán)平均法（中心法）等，這些方法各有優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)[14]。本文采用使用最普遍的重心法來(lái)完成解模糊工作。重心法通過(guò)取隸屬度函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)即網(wǎng)絡(luò)得分軸所圍面積的重心對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值為解模糊化的最終精確值。模糊邏輯控制系統(tǒng)最終輸出的精確值即為網(wǎng)絡(luò)綜合得分（networkscore），記為Sn：

式中，y*表示解模糊化得到的精確值；μ(yj)表示網(wǎng)絡(luò)得分的第j個(gè)隸屬度值；yj為隸屬度值基于相應(yīng)隸屬度函數(shù)的網(wǎng)絡(luò)得分；m表示網(wǎng)絡(luò)綜合得分的模糊等級(jí)數(shù)。

4.2.2實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)

基于模糊邏輯的垂直切換策略能夠?qū)δ：畔⑦M(jìn)行有效的描述和處理，往往具有較高的靈活性和可擴(kuò)展性，用戶可以根據(jù)自身需求靈活調(diào)整模糊推理規(guī)則，使得算法能夠適應(yīng)動(dòng)態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和多樣化的用戶需求。但同時(shí)傳統(tǒng)的模糊邏輯切換算法一旦輸入?yún)?shù)變多，周?chē)W(wǎng)絡(luò)環(huán)境復(fù)雜，那么模糊規(guī)則數(shù)也隨之急劇增加，導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜，切換時(shí)延增加。這對(duì)于實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)是不可容忍的，切換時(shí)延將會(huì)嚴(yán)重影響用戶使用語(yǔ)音通話、視屏通話等實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)的服務(wù)體驗(yàn)。故本算法針對(duì)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對(duì)模糊控制過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)化，引入模糊歸一化模塊。

（1）模糊化

（2）歸一量化

對(duì)模糊邏輯處理過(guò)程后續(xù)步驟進(jìn)行簡(jiǎn)化，引入隸屬度量化系數(shù)Qi=[QL,QM,QH](i=RSS, B, D, UP)對(duì)隸屬度值進(jìn)行歸一量化。量化系數(shù)Qi需要反映輸入?yún)⒘康奶匦?，比如效益型參量RSS值越大對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響越好，而成本型參量時(shí)延值則是越小越好。通常為了簡(jiǎn)化運(yùn)算，量化系數(shù)Qi一般采用定量的經(jīng)驗(yàn)值，Qi=[0.1,0.4,1.0] (i=RSS, B, UP)，Qi=[1.0,0.4, 0.1](i=D)。參量量化值（quantity exhaust value，QEV）可以表示為：

式中，n表示候選網(wǎng)絡(luò)UMTS或WLAN；i表示輸入變量RSS、B、D、UP。

4.3切換判決模塊

實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延指標(biāo)有著突出的要求，模糊控制過(guò)程以終端為整體，不能很好地適應(yīng)實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)的QoS需求。故本文針對(duì)實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)分別設(shè)計(jì)切換判決策略。

4.3.1實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)

針對(duì)實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)，考慮到其對(duì)時(shí)延的敏感性，根據(jù)業(yè)務(wù)特點(diǎn)賦予判決因素相應(yīng)權(quán)重，引入實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)性能值（real network performance value）RNPVn(n=WLAN,UMTS)。

利用模糊邏輯處理模塊得到的各參量的量化值QEV求取實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)性能值，比較各網(wǎng)絡(luò)性能值大小并進(jìn)行切換判決?？紤]到各個(gè)參量對(duì)實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)的重要性不同，需要對(duì)各參量的量化值QEV賦予相應(yīng)的權(quán)重，權(quán)重通過(guò)本文第3章所提的模糊層次分析法進(jìn)行求取。

最終得出實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)性能值RNPVn為：

（1）當(dāng)移動(dòng)終端當(dāng)前接入網(wǎng)絡(luò)是UMTS時(shí)

如果RNPVWLAN>RNPVUMTS，則移動(dòng)終端從UMTS切換到WLAN，否則，不發(fā)生切換。

（2）當(dāng)移動(dòng)終端當(dāng)前接入網(wǎng)絡(luò)是WLAN時(shí)

如果RNPVWLAN

4.3.2非實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)

對(duì)于非實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)的切換判決，引入了差值門(mén)限算法，將模糊邏輯處理模塊得到的網(wǎng)絡(luò)綜合得分Sn與差值門(mén)限算法相結(jié)合。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)性能和終端狀態(tài)都是在不斷變化的，并且網(wǎng)絡(luò)間的性能得分較為接近同時(shí)在不斷上下波動(dòng)，那么可能會(huì)引起MT在網(wǎng)絡(luò)間的頻繁切換，造成了“乒乓效應(yīng)”，對(duì)運(yùn)行業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量造成極大的影響。而差值門(mén)限算法能夠很好地解決這一問(wèn)題，有效地保證切換的穩(wěn)定性，具有減少乒乓效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。在做出最終切換判決前，將當(dāng)前接入網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)綜合得分Sn-c與候選網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)綜合得分Sn-h進(jìn)行比較，設(shè)定Dth為差值切換門(mén)限：

5　仿真與性能分析

為了準(zhǔn)確地檢驗(yàn)本文所提的基于終端能耗的垂直切換（vertical handoff based on terminal energy consumption，VH-TEC）機(jī)制的有效性，本文研究的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境由使用廣泛的高帶寬但熱點(diǎn)覆蓋的WLAN網(wǎng)絡(luò)以及廣覆蓋但帶寬低的UMTS網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成。WLAN網(wǎng)絡(luò)始終處在UMTS網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，移動(dòng)終端MT在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間移動(dòng)。仿真通過(guò)Matlab軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。首先通過(guò)模擬仿真實(shí)驗(yàn)來(lái)比較本文所提的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)策略與固定間隔網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)策略的優(yōu)劣，然后基于相應(yīng)的仿真場(chǎng)景對(duì)本文所提垂直切換判決算法進(jìn)行仿真驗(yàn)證，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析算法性能的優(yōu)劣。仿真場(chǎng)景示意圖如圖7所示。

首先針對(duì)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)階段，將本文提出的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)策略與固定激活間隔分別為5 s、10 s、15 s的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)策略進(jìn)行仿真分析。終端從A點(diǎn)出發(fā)朝著AP做勻速直線運(yùn)動(dòng)，兩者的直線距離為400 m，通過(guò)在UMTS網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下發(fā)現(xiàn)WLAN網(wǎng)絡(luò)花費(fèi)時(shí)間和終端消耗能量這兩個(gè)指標(biāo)來(lái)比較算法性能的優(yōu)劣。

終端從A點(diǎn)出發(fā)，以速度V向WLAN網(wǎng)絡(luò)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。本文所提網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)策略通過(guò)自適應(yīng)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)接口激活間隔來(lái)平衡網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)效率與終端能耗的關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)接口激活越頻繁，消耗的能量也就越多。仿真中通過(guò)終端發(fā)現(xiàn)WLAN網(wǎng)絡(luò)過(guò)程接口被激活的次數(shù)來(lái)反映終端在網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)階段的能量消耗指標(biāo)。

相關(guān)仿真參數(shù)設(shè)計(jì)如表2所示。

Fig.7 Simulation scene圖7　仿真場(chǎng)景示意圖

Table 2 Simulation parameters表2　仿真參數(shù)

本文采用雙徑傳播模型（two ray ground，TRG）作為無(wú)線信號(hào)傳輸模型：

式中，Pt為發(fā)射功率；Gt為發(fā)送端天線增益；Gr為接收端天線增益；ht為發(fā)送端天線高度；hr為接收端天線高度。

從圖8和圖9可以發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)時(shí)間方面，基于本文自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)算法的接口發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)所需時(shí)間和基于固定激活間隔為15 s的網(wǎng)絡(luò)接口趨于一致，同時(shí)明顯要少于基于固定激活間隔為15 s和10 s的網(wǎng)絡(luò)接口。網(wǎng)絡(luò)接口激活次數(shù)方面，基于本文自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)算法的網(wǎng)絡(luò)接口激活次數(shù)比基于固定激活間隔為5 s和10 s的接口激活次數(shù)要少，同時(shí)從終端速度為1.4 m/s開(kāi)始，激活次數(shù)與基于固定激活間隔為15 s的接口激活次數(shù)非常接近。較大的接口激活間隔雖然可以通過(guò)減少激活次數(shù)來(lái)節(jié)省能耗，卻導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)效率降低，未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。本文提出的自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)算法在及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)也能有效減少能量消耗，尤其在終端速度較高時(shí)，在終端能耗和網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)效率之間取得了較好的平衡。

Fig.8 Comparison for network discovery time圖8　各算法網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)時(shí)間對(duì)比

Fig.9 Comparison for network interface activated number圖9　各算法網(wǎng)絡(luò)接口激活次數(shù)對(duì)比

針對(duì)切換判決模塊的仿真，假定移動(dòng)過(guò)程終端電量始終高于電量閥值。WLAN網(wǎng)絡(luò)最大可用帶寬為11 Mb/s，無(wú)線接入點(diǎn)AP的發(fā)射功率為1 W；UMTS網(wǎng)絡(luò)最大可用帶寬為2 Mb/s，覆蓋半徑為1 000 m，基站（base station，BS）的發(fā)射功率為10 W。采樣時(shí)間間隔設(shè)定為1 s。不考慮無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)在傳輸過(guò)程中的陰影衰落和多徑衰落，RSS計(jì)算公式如下：

式中，RSS單位為dBm；Pt表示無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)射功率，單位是dBm；PL(d)表示終端與基站或接入點(diǎn)間的距離為d時(shí)的路徑損耗。

UMTS和WLAN的路徑損耗模型分別如式（10）、式（11）所示：

式中，fw表示W(wǎng)LAN網(wǎng)絡(luò)信道中心頻率，單位是MHz。

選取文獻(xiàn)[15]和文獻(xiàn)[16]作為對(duì)比算法來(lái)衡量本文算法的有效性和優(yōu)勢(shì)。文獻(xiàn)[15]使用的是傳統(tǒng)模糊邏輯控制算法，為方便描述簡(jiǎn)稱為FUZZY算法。文獻(xiàn)[16]對(duì)模糊控制過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)化，減少了終端計(jì)算量，引入了穩(wěn)定周期的概念，以有效減少不必要的切換，為方便描述簡(jiǎn)稱為GS-FUZZY算法。

如圖7所示，移動(dòng)終端MT運(yùn)行非實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)，從C點(diǎn)作曲線運(yùn)動(dòng)至D點(diǎn)，不斷地在UMTS網(wǎng)絡(luò)單覆蓋區(qū)域和WLAN、UMTS雙重覆蓋區(qū)域來(lái)回移動(dòng)，MT的運(yùn)動(dòng)方程設(shè)置為：

式中，τ和μ表示軌跡系數(shù)。

如圖10所示，黑色豎線表示通過(guò)預(yù)判決模塊進(jìn)入模糊邏輯處理模塊的采樣點(diǎn)，橫坐標(biāo)表示采樣單位。圖10（a）顯示的是沒(méi)有加入預(yù)判決模塊的情況，圖10（b）顯示的是加了預(yù)判決模塊的情況?？梢园l(fā)現(xiàn)未加預(yù)判決模塊，進(jìn)入后續(xù)模糊邏輯處理模塊的采樣點(diǎn)數(shù)量明顯要多于加入預(yù)判決后的采樣點(diǎn)數(shù)量。故本文所提預(yù)判決能夠較好地輔助后續(xù)模糊處理模塊，有效減少了需要模糊處理的采樣點(diǎn)，節(jié)約了系統(tǒng)開(kāi)銷，降低了終端能耗。

Fig.10 Sample point of fuzzy processing圖10　進(jìn)入模糊處理的采樣點(diǎn)

本文引入掉話率指標(biāo)對(duì)算法進(jìn)去驗(yàn)證，掉話率是指用戶由于切換失敗或者因切換時(shí)延而導(dǎo)致的通信掉話。終端單獨(dú)搭載9.6 Kp/s的語(yǔ)音業(yè)務(wù)和40 Kb/s的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)各一半次數(shù)，去仿真平均值作為結(jié)果。

圖11是3種算法的掉話率仿真結(jié)果對(duì)比。從仿真結(jié)果可以看出，隨著終端移動(dòng)速度的增加，掉話率在不斷增加，同時(shí)本文算法的掉話率要低于兩個(gè)對(duì)比算法。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)本文算法平均掉話率比GSFUZZY算法降低了0.016，比FUZZY算法降低了0.045。這說(shuō)明本文算法能夠較好地保障業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，具有較強(qiáng)的通信連續(xù)性。

Fig.11 Comparison for call drop rate圖11　掉話率對(duì)比

本文定義相鄰切換時(shí)間間隔小于5 s即為發(fā)生一次乒乓效應(yīng)。從圖12和圖13可以看出，隨著終端移動(dòng)速度的加快，切換次數(shù)和乒乓效應(yīng)次數(shù)反而在減少。對(duì)于FUZZY算法來(lái)說(shuō)是因?yàn)槠淇紤]了速度因子，同時(shí)傳統(tǒng)模糊邏輯處理運(yùn)算量相對(duì)較大，存在一定切換時(shí)延導(dǎo)致還未來(lái)得及切換就已經(jīng)移出網(wǎng)絡(luò)；對(duì)于GS-FUZZY算法和本文算法來(lái)說(shuō)兩者分別引入了穩(wěn)定周期以及差值門(mén)限判決，能夠有效避免不必要的切換。同時(shí)，F(xiàn)UZZY算法在切換次數(shù)和乒乓效應(yīng)次數(shù)上都明顯高于另外兩個(gè)算法；而GS-FUZZY算法和本文算法在不同終端速度情況下各有高低，但差值都很小，可見(jiàn)兩算法都能夠有效減少因網(wǎng)絡(luò)環(huán)境快速變化而造成的頻繁切換，從而大大減少了乒乓效應(yīng)發(fā)生的幾率。

Fig.12 Comparison for the number of handoff圖12　切換次數(shù)對(duì)比

Fig.13 Comparison for ping-pong effects圖13　乒乓效應(yīng)發(fā)生次數(shù)對(duì)比

6　結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)移動(dòng)終端電量有限的問(wèn)題，在垂直切換機(jī)制研究過(guò)程中基于終端能耗提出了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)策略以及切換判決算法。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了在一定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，判決算法能夠根據(jù)業(yè)務(wù)情況合理選擇網(wǎng)絡(luò)，降低切換時(shí)延，有效抑制了“乒乓效應(yīng)”的發(fā)生，減少了終端能耗，提高了切換算法整體性能。本文的判決算法設(shè)定在只有UMTS和WLAN的融合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，而現(xiàn)實(shí)環(huán)境必然相對(duì)復(fù)雜，下一步應(yīng)該針對(duì)更為復(fù)雜的異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行研究；并且如何合理優(yōu)化切換執(zhí)行過(guò)程，保障用戶在復(fù)雜異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的無(wú)縫漫游將是下階段研究工作的重點(diǎn)。

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TAO Yang was born in 1964. He received the Ph.D. degree in computer science theory from Chongqing University in 1998. Now he is a professor and Ph.D. supervisor at Chongqing University of Posts and Telecommunication. His research interests include ad hoc network and network management technology, etc.

陶洋（1964—），男，重慶人，1998年于重慶大學(xué)獲得博士學(xué)位，現(xiàn)為重慶郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院副院長(zhǎng)、教授、博士生導(dǎo)師，主要研究領(lǐng)域?yàn)樽越M織網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)等。發(fā)表學(xué)術(shù)論文140余篇，申請(qǐng)專利5項(xiàng)，作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人1995年以來(lái)所承擔(dān)的科研項(xiàng)目80余項(xiàng)，其中省部級(jí)重點(diǎn)項(xiàng)目60余項(xiàng)。

HE Qianjin was born in 1990. He is an M.S. candidate at Chongqing University of Posts and Telecommunication. His research interests include heterogeneous network and wireless ad hoc network, etc.

赫前進(jìn)（1990—），男，山西朔州人，重慶郵電大學(xué)碩士研究生，主要研究領(lǐng)域?yàn)楫悩?gòu)網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)等。

Abstract:For mobile terminal with limited power and terminal power factor is always ignored by existing vertical handoff mechanism, this paper proposes vertical handoff based on terminal energy consumption mechanism. In view of the network discovery stage, this paper puts forward an optimization algorithm of network discovery based on the terminal energy. In view of the handoff decision stage, the sampling points into the subsequent modules are reduced by prejudgment; then, the corresponding fuzzy logic method is designed for real-time and non-real-time businesses respectively; finally, real-time business using weighting factor completes the handoff, the handoff decision of non-real-time business is made based on difference threshold. Simulation results show that both network discovery time and interface activated number can be reduced in network discovery stage. Meanwhile, the call drop rate, the handoff number and the ping-pang effects can be reduced in the handoff decision stage. In conclusion, the effectiveness of the mechanism is demonstrated.

Key words:vertical handoff; terminal energy consumption; algorithm of network discovery; fuzzy logic

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

中圖分類號(hào)：TP393

doi:10.3778/j.issn.1673-9418.1506076